KR20210018393A - 발광 모듈의 제조 방법 및 발광 모듈 - Google Patents

발광 모듈의 제조 방법 및 발광 모듈 Download PDF

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KR20210018393A
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료헤이 야마시타
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마모루 이마다
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니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 박형화가 가능한 발광 모듈을 제공한다.
[해결 수단] 발광면이 되는 제1 주면과, 제1 주면과 반대 측의 제2 주면을 구비하는 도광판을 준비하는 공정과, 도광판의 제1 주면에 구비되는 복수의 광학 기능부에 대응하는 제2 주면 상에 각각 발광소자를 설치하는 공정과, 복수의 발광소자를 전기적으로 접속하는 배선을 형성하는 공정을 이 순서로 포함하는, 발광 모듈의 제조 방법.

Description

발광 모듈의 제조 방법 및 발광 모듈{MANUFACTURING METHOD FOR LIGHT EMITTING MODULE AND LIGHT EMITTING MODULE}
본 개시는, 발광 모듈의 제조 방법 및 발광 모듈에 관한 것이다.
발광 다이오드 등의 발광소자를 이용한 발광 장치는, 액정 디스플레이의 백라이트나 디스플레이 등의 각종의 광원으로서 널리 이용되고 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에 개시된 광원 장치는, 실장 기판에 실장되는 복수의 발광소자와, 복수의 발광소자의 각각을 봉지하는 반구 형상의 렌즈 부재와 그 위에 배치된 발광소자로부터의 광이 입사되는 확산 부재를 구비한다.
일본특허공개 제2015-32373호 공보
그러나, 특허문헌 1과 같은 광원 장치에서는, 실장 기판과 확산판 사이의 거리를 렌즈 부재의 두께보다도 크게 할 필요가 있어, 충분한 박형화를 달성할 수 없을 가능성이 있다.
따라서, 본 개시는, 박형화가 가능한, 도광판과 발광소자를 구비하는 발광 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시에 관한 발광 모듈의 제조 방법은, 발광면이 되는 제1 주면과, 제1 주면과 반대 측의 제2 주면을 구비하는 도광판을 준비하는 공정과, 도광판의 제1 주면에 구비되는 복수의 광학 기능부에 대응하는 제2 주면 상에 각각 발광소자를 설치하는 공정과, 복수의 발광소자를 전기적으로 접속하는 배선을 형성하는 공정을 이 순서로 포함한다.
이에 의해, 박형화가 가능한, 도광판과 발광소자를 구비한 발광 모듈을 제공할 수 있다.
[도 1] 실시형태에 관한 액정 디스플레이 장치의 각 구성을 나타내는 구성도이다.
[도 2a] 실시형태에 관한 발광 모듈의 모식 평면도이다.
[도 2b] 실시형태에 관한 발광 모듈의 일부 확대 모식 단면도이다.
[도 2c] 실시형태에 관한 도광판의 광학 기능부와 오목부의 일례를 나타내는 일부 확대 모식 평면도와 일부 확대 모식 측면도이다.
[도 3a] 실시형태에 관한 발광 모듈의 제조 공정의 일례를 나타내는 일부 확대 모식 단면도이다.
[도 3b] 실시형태에 관한 발광 모듈의 제조 공정의 일례를 나타내는 일부 확대 모식 단면도이다.
[도 3c] 실시형태에 관한 발광 모듈의 제조 공정의 일례를 나타내는 일부 확대 모식 단면도이다.
[도 3d] 실시형태에 관한 발광 모듈의 제조 공정의 일례를 나타내는 일부 확대 모식 단면도이다.
[도 3e] 실시형태에 관한 발광 모듈의 제조 공정의 일례를 나타내는 일부 확대 모식 단면도이다.
[도 3f] 실시형태에 관한 발광 모듈의 제조 공정의 일례를 나타내는 일부 확대 모식 단면도이다.
[도 3g] 실시형태에 관한 발광 모듈의 제조 공정의 일례를 나타내는 일부 확대 모식 단면도이다.
[도 3h] 실시형태에 관한 발광 모듈의 제조 공정의 일례를 나타내는 일부 확대 모식 단면도이다.
[도 3i] 실시형태에 관한 발광 모듈의 제조 공정의 일례를 나타내는 일부 확대 모식 단면도이다.
[도 4] 다른 실시형태에 관한 발광 모듈의 일부 확대 모식 단면도이다.
[도 5a] 실시형태에 관한 발광 모듈의 모식 평면도이다.
[도 5b] 실시형태에 관한 발광 모듈의 구성을 나타내는 회로도이다.
[도 6] 실시형태에 관한 발광 모듈을 액정 디스플레이 장치에 적용한 경우의 모식 평면도이다.
[도 7a] 실시형태에 관한 발광 모듈의 일부 확대 모식 단면도이다.
[도 7b] 실시형태에 관한 도광판의 광학 기능부와 오목부의 일례를 나타내는 일부 확대 모식 평면도와 일부 확대 모식 단면도이다.
[도 8a] 실시형태에 관한 발광 모듈의 모식 단면도이다.
[도 8b] 실시형태에 관한 도광판의 광학 기능부와 오목부의 일례를 나타내는 일부 확대 모식 평면도와 일부 확대 모식 단면도이다.
[도 8c] 실시형태에 관한 도광판의 광학 기능부와 오목부의 일례를 나타내는 일부 확대 모식 평면도와 일부 확대 모식 단면도이다.
[도 8d] 실시형태에 관한 발광 모듈의 도광판의 광학 기능부의 일부 확대 사시도이다.
[도 9a] 실시형태에 관한 발광 모듈의 모식 단면도이다.
[도 9b] 실시형태에 관한 도광판의 광학 기능부와 오목부의 일례를 나타내는 일부 확대 모식 평면도와 일부 확대 모식 단면도이다.
[도 10a] 실시형태에 관한 발광 모듈의 모식 단면도이다.
[도 10b] 실시형태에 관한 도광판의 광학 기능부와 오목부의 일례를 나타내는 일부 확대 모식 평면도와 일부 확대 모식 단면도이다.
[도 11a] 실시형태에 관한 발광 모듈의 모식 단면도이다.
[도 11b] 실시형태에 관한 도광판의 광학 기능부와 오목부의 일례를 나타내는 일부 확대 모식 평면도와 일부 확대 모식 단면도이다.
[도 12a] 실시형태에 관한 발광 모듈의 모식 단면도이다.
[도 12b] 실시형태에 관한 발광 모듈의 도광판의 일부 확대 단면도이다.
[도 12c] 실시형태에 관한 도광판의 광학 기능부와 오목부의 일례를 나타내는 일부 확대 모식 평면도와 일부 확대 모식 단면도이다.
[도 13a] 실시형태에 관한 도광판의 광학 기능부와 오목부의 일례를 나타내는 일부 확대 모식 평면도와 일부 확대 모식 단면도이다.
[도 13b] 실시형태에 관한 도광판의 광학 기능부의 일부 확대 단면도이다.
이하, 도면에 기초하여 본 발명을 상세히 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 필요에 따라 특정한 방향이나 위치를 가리키는 용어(예를 들어, "상", "하", 및 이들 용어를 포함하는 다른 용어)를 이용하지만, 이들 용어의 사용은 도면을 참조한 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로서, 이들 용어의 의미에 의해 본 발명의 기술적 범위가 제한되는 것은 아니다. 또한, 복수의 도면에 나타나는 동일 부호의 부분은 동일 혹은 동등한 부분 또는 부재를 나타낸다.
나아가 이하에 나타내는 실시형태는, 본 발명의 기술 사상을 구체화하기 위한 발광 모듈을 예시하는 것으로서, 본 발명을 이하로 한정하는 것은 아니다. 또한, 이하에 기재되어 있는 구성부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은, 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 그에만 한정하는 취지가 아니며, 예시하는 것을 의도한 것이다. 또한, 하나의 실시형태, 실시예에 있어서 설명하는 내용은, 다른 실시형태, 실시예에도 적용 가능하다. 또한, 도면에서 도시하는 부재의 크기나 위치 관계 등은, 설명을 명확하게 하기 위해, 과장하고 있는 경우가 있다.
(액정 디스플레이 장치(1000))
도 1은, 본 실시형태에 관한 액정 디스플레이 장치(1000)의 각 구성을 나타내는 구성도이다. 도 1에서 나타내는 액정 디스플레이 장치(1000)는, 위쪽으로부터 순서대로, 액정 패널(120)과, 2매의 렌즈 시트(110a, 110b)와, 확산 시트(110c)와, 발광 모듈(100)을 구비한다. 본 실시형태에 관한 액정 디스플레이 장치(1000)는, 액정 패널(120)의 하방에 발광 모듈(100)을 배치하는 이른바 직하형 액정 디스플레이 장치이다. 액정 디스플레이 장치(1000)는, 발광 모듈(100)로부터 조사되는 광을, 액정 패널(120)에 조사한다. 또한, 상술한 구성 부재 이외에, 편광 필름이나 컬러 필터, DBEF 등의 부재를 더 구비해도 좋다.
1. 실시형태 1
(발광 모듈(100))
본 실시형태의 발광 모듈의 구성을 도 2a에서 도 2c에 나타낸다.
도 2a는, 본 실시형태에 관한 발광 모듈(100)의 모식 평면도이다. 도 2b는, 본 실시형태에 관한 발광 모듈(100)을 나타내는 일부 확대 모식 단면도이다. 도 2c는, 실시형태에 관한 도광판의 광학 기능부와 오목부의 일례를 나타내는 일부 확대 모식 평면도와 일부 확대 모식 단면도이다.
발광 모듈(100)은, 도광판(1)과, 복수의 도광판(1)에 접합된 복수의 발광소자(11)를 구비한다. 복수의 발광소자(11)는 도광판(1) 상에 매트릭스 형상으로 배치되어 있다. 발광 모듈(100)의 도광판(1)은, 발광면이 되는 제1 주면(1c)과, 제1 주면(1c)과 반대 측의 제2 주면(1d)을 구비한다. 도광판(1)의 제2 주면(1d)에는, 복수의 오목부(1b)가 설치되어 있고, 당해 오목부(1b) 내에 파장 변환 재료가 배치된 이간한 복수의 파장 변환부(12)를 갖고 있다. 이 파장 변환부의 각각에 1개의 발광소자(11)가 접합되어 있다.
본 개시에 관한 발광 모듈은, 도광판 상에 발광소자를 접합하고 있기 때문에, 박형화가 가능하게 된다. 또한, 도광판 상에 발광소자를 탑재, 접착하기 위해, 기판 상에 발광소자를 실장한 것과 도광판을 조합하는 경우와 비교하여, 발광소자와 도광판과 위치 어긋남이 발생하기 어렵다. 이에 의해, 양호한 광학 특성을 구비한 발광 모듈로 할 수 있다. 특히, 후술하는 바와 같이, 도광판에 발광소자 각각과 대응하는 광학 기능부(1a)가 설치되어 있는 경우에 특히 바람직하다.
직하형 액정 디스플레이 장치에서는, 액정 패널과 발광 모듈과의 거리가 가깝기 때문에, 발광 모듈의 휘도 얼룩이 액정 디스플레이 장치의 휘도 얼룩에 영향을 미칠 가능성이 있다. 그 때문에, 직하형 액정 디스플레이 장치의 발광 모듈로서, 휘도 얼룩이 적은 발광 모듈이 바람직하다.
본 실시형태의 발광 모듈(100)의 구성을 취하면, 발광 모듈(100)의 두께를, 5㎜ 이하, 3㎜ 이하, 1㎜ 이하 등, 얇게 할 수 있다.
본 실시형태에 관한 발광 모듈(100)을 구성하는 각 부재 및 제조 방법에 대해 이하 상술한다.
(도광판(1))
도광판(1)은, 발광소자로부터의 광이 입사되어, 면상의 발광을 행하는 투광성 부재이다.
본 실시형태의 도광판(1)은, 발광면이 되는 제1 주면(1c)과, 제1 주면(1c)과 반대 측의 제2 주면(1d)을 구비한다.
이 도광판(1)의 제2 주면(1d)에 복수의 발광소자(11)를 접합한다. 이에 의해, 도광판(1)과 발광소자(11)와의 거리를 줄일 수 있어서, 발광 모듈(100)의 박형화가 가능하게 된다.
도광판(1)의 크기는, 예를 들어, 한 변이 1㎝~200㎝ 정도로 할 수 있으며, 3㎝~30㎝ 정도가 바람직하다. 두께는 0.1㎜~5㎜ 정도로 할 수 있으며, 0.5㎜~3㎜가 바람직하다.
도광판(1)의 평면 형상은 예를 들어, 대략 직사각형이나 대략 원형 등으로 할 수 있다.
도광판(1)의 재료로서는, 아크릴, 폴리카보네이트, 환상 폴리올레핀, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르 등의 열가소성 수지, 에폭시, 실리콘 등의 열경화성 수지 등의 수지 재료나 글라스 등의 광학적으로 투명한 재료를 이용할 수 있다. 특히, 열가소성의 수지 재료는, 사출 성형에 의해 양호한 효율로 제조할 수 있기 때문에 바람직하다. 그 중에서도, 투명성이 높고, 염가인 폴리카보네이트가 바람직하다. 도광판(1)에 발광소자(11)를 실장한 후에 배선 기판을 붙이는 본 실시형태의 발광장치의 제조 방법에 있어서는, 땜납 리플로우와 같은 고온이 가해지는 공정을 생략할 수 있기 때문에, 폴리카보네이트와 같은 열가소성이며 내열성이 낮은 재료이더라도 이용할 수 있다.
도광판(1)은, 예를 들어, 사출 성형이나 트랜스퍼 몰드, 열전사 등으로 성형할 수 있다. 도광판(1)이 후술하는 광학 기능부(1a)나 오목부(1b)를 구비하고 있는 경우에는, 이들도 일괄하여 금형으로 형성하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 광학 기능부(1a)와 오목부(1b)의 성형 위치 어긋남을 저감할 수 있다.
본 실시형태의 도광판(1)은 단층으로 형성되어 있어도 좋고, 복수의 투광성의 층이 적층되어 형성되어 있어도 좋다. 복수의 투광성의 층이 적층되어 있는 경우에는, 임의의 층간에 굴절률이 다른 층, 예를 들어 공기의 층 등을 설치하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 광을 보다 확산시키기 쉬워져, 휘도 얼룩을 저감한 발광 모듈로 할 수 있다. 이와 같은 구성은, 예를 들어, 임의의 복수의 투광성의 층 사이에 스페이서를 설치하여 이간시켜, 공기의 층을 설치함으로써 실현할 수 있다.
또한, 도광판(1)의 제1 주면(1c) 상에 투광성의 층과, 도광판(1)의 제1 주면(1c)과 당해 투광성의 층 사이에 굴절률이 다른 층, 예를 들어 공기의 층 등을 설치해도 좋다. 이에 의해, 광을 보다 확산시키기 쉬워져, 휘도 얼룩을 저감한 액정 디스플레이 장치로 할 수 있다. 이러한 구성은, 예를 들어, 임의의 도광판(1)과 투광성의 층 사이에 스페이서를 설치하여 이간시켜, 공기의 층을 설치함으로써 실현할 수 있다.
(광학 기능부(1a))
도광판(1)은, 제1 주면(1c) 측에 광학 기능부(1a)를 구비하고 있어도 좋다.
광학 기능부(1a)는, 예를 들어, 광을 도광판(1)의 면 내에서 퍼지게 하는 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 도광판(1)의 재료와 굴절률이 다른 재료가 설치되고 있다. 구체적으로는, 제1 주면(1c) 측에 설치된 역원뿔이나 역사각뿔, 역육각뿔 등의 역다각뿔형 등의 우묵하게 패인 부분이며, 도광판(1)과 굴절률이 다른 재료(예를 들어 공기)와 우묵하게 패인 부분의 경사면과의 계면에서 조사된 광을 발광소자(11)의 측방 방향으로 반사하는 것을 이용할 수 있다. 또한 예를 들어, 경사면을 갖는 오목부에 광반사성의 재료(예를 들어 금속 등의 반사막이나 백색의 수지) 등을 설치한 것이어도 좋다. 광학 기능부(1a)의 경사면은, 단면도로 보았을 때 직선이어도 좋고, 곡선이어도 좋다.
광학 기능부(1a)는, 후술하는 바와 같이, 각각의 발광소자(11)에 대응하는, 즉, 제2 주면(1d) 측에 배치된 발광소자(11)와 반대 측의 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 특히, 발광소자(11)의 광축과, 광학 기능부(1a)의 광축이 대략 일치하는 것이 바람직하다.
광학 기능부(1a)의 크기는, 적절히 설정할 수 있다. 도 2b에 나타내는 광학 기능부(1a)는, 제1 주면(1c)에 있어서 원형의 개구부를 구비하는 역원뿔 형상의 오목부이며, 개구부의 직경은 파장 변환부(12)와 대략 동등한 크기인 예를 나타내고 있다.
(위치결정부, 오목부(1b))
도광판(1)은, 제2 주면(1d) 측에, 위치결정부(1b)를 구비하고 있어도 좋다.
위치결정부(1b)는, 발광소자(11)의 실장 위치의 표지로 할 수가 있으면 어떠한 형태라도 좋다. 구체적으로는, 예를 들어, 도 2b 및 도 3a에 나타내는 것 같은 오목부(1b)나, 볼록부, 홈 등으로 할 수 있다.
오목부(1b)를 평면도로 보았을 때의 크기는, 예를 들어, 0.05㎜~10㎜로 할 수 있고, 0.1㎜~1㎜가 바람직하다. 깊이는 0.05㎜~4㎜로 할 수 있고, 0.1㎜~1㎜가 바람직하다. 광학 기능부(1a)와 오목부(1b) 사이의 거리는 광학 기능부(1a)와 오목부(1b)가 이간하고 있는 범위에서 적절히 설정할 수 있다.
오목부를 평면도로 보았을 때의 형상은, 예를 들어, 대략 직사각형, 대략 원형으로 할 수 있으며, 오목부의 배열 피치 등에 의해 선택 가능하다. 오목부의 배열 피치(가장 근접한 2개의 오목부 사이의 거리)가 대략 균등한 경우에는, 대략 원형 또는 대략 정방형이 바람직하다. 그 중에서도, 대략 원형으로 함으로써, 발광소자(11)로부터의 광을 양호하게 퍼뜨릴 수 있다.
(확산부, 파장 변환부)
본 실시형태의 발광 모듈은, 발광소자(11)로부터의 광을 확산시키는 재료를 가지는 확산부나 발광소자(11)로부터의 광의 파장을 변환하는 파장 변환부를 구비하고 있어도 좋다.
확산부나 파장 변환부는, 발광소자(11)와 도광판(1)과의 사이에 설치되고, 도광판(1)의 제2 주면(1d) 측에 배치되어 있다. 확산부나 파장 변환부는, 이에 조사된 발광소자(11)로부터의 광을 내부에서 확산, 균등화한다. 확산부나 파장 변환부는, 도 4에 나타내는 것처럼, 평탄한 도광판(1)의 제2 주면(1d) 상에 배치되고, 제2 주면(1d)의 면으로부터 돌출하도록 설치되어 있어도 좋다. 또한, 발광 모듈(100)의 박형화 등의 목적으로부터, 도 2b에 나타내는 것처럼, 확산부나 파장 변환부는, 전술한 도광판(1)의 오목부(1b) 내에 배치되고 있는 것이 바람직하다.
본 실시형태에 있어서는, 발광 모듈(100)은, 파장 변환부(12)를 구비하고 있어도 좋다. 또한, 각각 이간한 복수의 파장 변환부(12)를 구비하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 파장 변환 재료를 삭감할 수 있다. 또한, 각각의 발광소자(11)의 하나에 대해, 하나의 파장 변환부(12)가 설치되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 발광소자로부터의 광을 파장 변환부(12)에 있어서 균일화시킴으로써, 휘도 얼룩이나 색 얼룩을 저감할 수 있다.
파장 변환부(12)는, 예를 들어, 포팅(potting), 인쇄, 스프레이 등의 방법으로 형성할 수 있다. 도광판(1)의 오목부(1b) 내에 파장 변환 재료를 배치하여 파장 변환부(12)를 형성하는 경우에는, 예를 들어, 액상의 파장 변환 재료를 도광판(1)의 제2 주면(1d)에 올려놓은 후, 스퀴지 등으로 복수의 오목부(1b) 내에 밀어 넣음으로써, 높은 양산성으로 파장 변환부(12)를 형성할 수 있다.
또한, 파장 변환부(12)는, 미리 성형된 것을 준비하고, 그 성형품을 상기 도광판(1)의 오목부(1b) 내, 또는, 도광판(1)의 제2 주면(1d) 상에 배치해도 된다. 파장 변환부(12)의 성형품의 형성 방법은, 예를 들어, 판 형상 또는 시트 형상의 파장 변환 재료를, 절단, 펀칭 등에 의해 개별화하는 방법을 들 수 있다. 혹은, 금형 등을 이용하여 사출 성형, 트랜스퍼 몰드법, 압축 성형 등의 방법에 의해 소편의 파장 변환부(12)의 성형품을 형성할 수 있다. 파장 변환부(12)의 성형품은, 접착제 등을 이용하여 오목부(1b) 내, 또는, 도광판(1)의 제2 주면(1d) 상에 접착할 수 있다.
파장 변환부(12)의 크기나 형상은, 예를 들어, 상술한 오목부와 동등 정도로 할 수 있다. 파장 변환부(12)의 높이는, 오목부의 깊이와 동일한 정도로 하는 것이 바람직하다.
또한, 도광판(1)에는, 광학 기능부(1a) 이외의 부분에 광확산, 반사 등을 시키는 가공을 갖고 있어도 좋다. 예를 들어, 광학 기능부(1a)로부터 이간한 부분에 미세한 요철을 설치하거나, 또는 조면(粗面)으로 함으로써, 더욱 광을 확산시켜, 휘도 얼룩을 저감하도록 할 수 있다.
파장 변환부(12)는, 예를 들어, 모재의 재료로서, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 이들을 혼합한 수지, 또는, 글라스 등의 투광성 재료를 이용할 수 있다. 파장 변환부(12)의 내광성 및 성형 용이성의 관점으로부터는, 파장 변환부(12)의 모재로서 실리콘 수지를 선택하면 유익하다. 파장 변환부(12)의 모재로서는, 도광판(1)의 재료보다도 높은 굴절률을 갖는 재료가 바람직하다.
파장 변환부(12)가 함유하는 파장 변환 부재로서는, YAG 형광체, β사이알론 형광체 또는 KSF계 형광체 등의 불화물계 형광체 등을 들 수 있다. 특히, 복수 종류의 파장 변환 부재를 하나의 파장 변환부(12)에 있어서 이용하는 것, 보다 바람직하게는, 파장 변환부(12)가 녹색계의 발광을 하는 β사이알론 형광체와 적색계의 발광을 하는 KSF계 형광체 등의 불화물계 형광체를 포함함으로써, 발광 모듈의 색재현 범위를 넓힐 수 있다. 또한, 예를 들어, 청색계의 광을 출사하는 발광소자(11)를 이용했을 때에, 적색계의 광을 얻을 수 있도록, 파장 변환부(12)에 KSF계 형광체(적색 형광체)를 60중량% 이상, 바람직하게는 90중량% 이상 함유시켜도 좋다. 즉, 특정한 색의 광을 출사하는 파장 변환 부재를 파장 변환부(12)에 함유시킴으로써, 특정한 색의 광을 출사하도록 해도 좋다. 또한, 파장 변환 부재는 양자 닷(dot)이어도 좋다.
파장 변환부(12) 내에 있어서, 파장 변환 부재는 어떻게 배치되어 있더라도 좋다. 예를 들어, 대략 균일하게 분포하고 있어도 좋고, 일부에 편재하여도 좋다. 또한, 파장 변환 부재를 각각 함유하는 복수의 층이 적층되어 설치되어 있어도 좋다.
확산부로서는, 예를 들어 상술한 수지 재료에 SiO2나 TiO2 등의 미립자를 함유시킨 것을 이용할 수 있다.
(발광소자(11))
발광소자(11)는, 발광 모듈(100)의 광원이다. 발광소자(11)는, 복수 개가 하나의 도광판(1)에 접합된다.
발광소자(11)는, 주로 발광을 취출하는 주 발광면(11c)과 주 발광면(11c)과 반대 측의 전극 형성면(11d)에 한 쌍의 전극(11b)을 갖는다. 한 쌍의 전극(11b)은 후술하는 배선 기판(20)과 대향하여 배치되며, 임의로 배선(15) 등을 거쳐, 적절히 배선 기판(20)의 기판 배선과 전기적으로 접속된다. 발광소자(11)와 도광판(1)은 투광성 수지 등의 투광성을 가지는 투광성 접합 부재(14)를 통해 접합된다.
발광소자(11)는, 예를 들어, 사파이어 등의 투광성 기판과, 투광성 기판 위에 적층된 반도체 적층 구조를 갖는다. 반도체 적층 구조는, 발광층과, 발광층을 사이에 끼우는 n형 반도체층 및 p형 반도체층을 포함하고, n형 반도체층 및 p형 반도체층에 n측 전극 및 p측 전극(11b)이 각각 전기적으로 접속된다. 발광소자(11)는, 예를 들어 투광성 기판을 구비하는 주 발광면(11c)이 도광판과 대향하여 배치되고, 주 발광면(11c)과 반대 측의 전극 형성면(11d)에 한 쌍의 전극(11b)을 가진다. 발광소자(11)는, 파장 변환 부재를 양호한 효율로 여기할 수 있는 단파장의 광을 출사하는 것이 가능한 질화물 반도체(InxAlyGa1 -x- yN, 0≤X, 0≤Y, X+Y≤1)를 구비하는 것이 바람직하다.
발광소자(11)로서는, 세로, 가로 및 높이의 치수에 특히 제한은 없다. 발광소자(11)는, 바람직하게는 평면도로 보았을 때 세로 및 가로의 치수가 1000㎛ 이하인 반도체 발광소자를 이용하고, 보다 바람직하게는 세로 및 가로의 치수가 500㎛ 이하이며, 더욱 바람직하게는, 세로 및 가로의 치수가 200㎛ 이하인 발광소자를 이용한다. 이와 같은 발광소자를 이용하면, 액정 디스플레이 장치의 로컬 디밍을 행했을 때에, 고정세의 영상을 실현할 수 있다. 또한, 세로 및 가로의 치수가 500㎛ 이하의 발광소자(11)를 이용하면, 발광소자(11)를 염가로 조달할 수 있기 때문에, 발광 모듈(100)을 염가로 할 수 있다. 또한, 세로 및 가로의 치수 양방이 250㎛ 이하인 발광소자는, 발광소자의 상면의 면적이 작아지기 때문에, 상대적으로 발광소자의 측면으로부터의 광의 출사량이 많아진다. 즉, 이와 같은 발광소자는 발광이 배트 윙 형상으로 되기 쉬워지기 때문에, 발광소자(11)가 도광판(1)에 접합되어, 발광소자(11)와 도광판(1)과의 거리가 매우 짧은 본 실시형태의 발광 모듈(100)에 바람직하게 이용된다.
또한, 도광판(1)에 렌즈 등의 반사나 확산 기능을 가지는 광학 기능부(1a)를 설치하고, 발광소자(11)로부터의 광을 측방으로 퍼뜨려, 도광판(1)의 면 내에 있어서의 발광 강도를 평균화시키는 것이 바람직하다. 그러나, 복수의 발광소자(11)에 대응하는 복수의 광학 기능부(1a)를 도광판(1)에 형성하였을 경우, 작은 발광소자(11)와 광학 기능부(1a)의 위치결정이 어려워지는 경우가 있다. 또한, 발광소자(11)와 광학 기능부(1a)의 위치 어긋남이 발생하면, 광학 기능부(1a)에 발광소자(11)와의 위치 관계가 설계로부터 어긋남으로써, 광학 기능부(1a)에 의해 광을 충분히 퍼뜨리지 못하여, 밝기가 면 내에 있어서 부분적으로 저하하는 등 하여, 휘도 얼룩이 된다고 하는 문제가 있다.
특히, 종래와 같이, 배선 기판에 발광소자를 실장한 후에 도광판을 조합하는 방법에 있어서는, 배선 기판과 발광소자와의 위치 어긋남과 도광판의 광학 기능부와의 위치 어긋남을, 각각 평면 방향 및 적층 방향에 있어서 고려에 넣을 필요가 있기 때문에, 발광소자와 광학 기능부를 양호하게 광학적으로 결합하는 것이 더욱 곤란해지는 경우가 있다.
이에, 본 실시형태에 있어서의 발광 모듈(100)은, 도광판(1)에 미리 설치된 복수의 위치결정부(특히, 파장 변환부(12)) 혹은 광학 기능부(1a)를 안표(眼標)로 하여, 도광판(1) 상에 복수의 발광소자(11)를 실장함으로써, 이와 같은 발광소자(11)의 위치결정을 용이하게 행할 수 있다. 이에 의해, 발광소자(11)로부터의 광을 양호한 정밀도로 균일화시켜, 휘도 얼룩이나 색 얼룩이 적은 양질의 백라이트용 광원으로 할 수 있다.
또한, 위에서 설명한 바와 같이, 광학 기능부(1a)가 설치된 면의 반대 측의 면에 있어서 광학 기능부(1a)와 대응한, 즉 평면 투시에 있어서 광학 기능부(1a)와 겹치는 위치에, 발광소자(11)를 위치결정 가능한 위치결정부(1b)를 설치하는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 위치결정부(1b)로서 오목부(1b)를 형성하고, 또한 오목부(1b)의 내부에 도광판(1)의 부재와는 다른 부재로서, 제조 장치의 위치 인식에 이용 가능한 확산부, 보다 바람직하게는 파장 변환부(12)를 형성함으로써, 발광소자(11)와 광학 기능부(1a)와의 위치결정을 보다 용이하게 행할 수 있다.
또한, 발광소자(11)의 측면을 광반사성 부재(봉지 부재(13))로 피복하여 발광의 방향을 한정하고, 또한 발광소자(11)의 주 발광면(11c)과 대향하는 오목부(1b)의 내부에 확산부나 파장 변환부(12)를 설치하고, 이 확산부 또는 파장 변환부(12)를 주로 광을 취출함으로써, 발광을 내부에서 확산시키는 것이 가능한 확산부나 파장 변환부(12)를 발광부로 간주할 수 있다. 이에 의해, 확산부나 파장 변환부(12)와 대향하고는 있지만, 평면에서 보았을 때의 범위 내에서 발생하는 발광소자(11)의 위치 어긋남의 영향을 보다 저감할 수 있다.
발광소자(11)로서는, 평면도로 보았을 때 장방형의 발광소자를 이용하는 것이 바람직하다. 환언하면, 발광소자(11)는 그 상면 형상이 긴 길이와 짧은 길이를 갖는 것이 바람직하다. 고정세 액정 디스플레이 장치의 경우, 사용하는 발광소자(11)의 수는 수천개 이상이 되어, 발광소자(11)의 실장 공정은 중요한 공정이 된다. 발광소자(11)의 실장 공정에 있어서, 복수의 발광소자 중 일부의 발광소자에 회전 어긋남(예를 들어 ±90도 방향의 어긋남)이 발생했다고 해도, 평면도로 보았을 때 장방형의 발광소자를 이용함으로써 육안에 의한 확인이 용이하게 된다. 또한, p형 전극과 n형 전극의 거리를 떼어 놓아 형성할 수 있기 때문에, 후술하는 배선(15)의 형성을 용이하게 행할 수 있다.
한편, 평면도로 보았을 때 정방형의 발광소자를 이용하는 경우는, 작은 발광소자를 양호한 양산성으로 제조할 수 있다.
발광소자(11)의 밀도(배열 피치)는, 발광소자(11) 사이의 거리는, 예를 들어, 0.05㎜~20㎜ 정도로 할 수 있으며, 1㎜~10㎜ 정도가 바람직하다.
복수의 발광소자(11)는, 도광판(1)을 평면도로 보았을 때, 이차원 또는 이차원으로 배열된다. 바람직하게는, 복수의 발광소자(11)는, 도 2a에 나타내는 바와 같이, 직교하는 2방향, 즉, x 방향 및 y 방향을 따라 이차원적으로 배열된다. 복수의 발광소자(11)의 x 방향의 배열 피치 px는, y 방향의 배열 피치 py는, 도 2a의 예에 나타내는 바와 같이, x 방향 및 y 방향 사이에 피치가 같아도 좋고, 다르게 되어 있어도 좋다. 배열의 2방향이 직교하고 있지 않아도 좋다. 또한, x 방향 또는 y 방향의 배열 피치는 등 간격에 한정되지 않고, 부등 간격이어도 좋다. 예를 들어, 도광판(1)의 중앙으로부터 주변을 향해 간격이 넓어지도록 발광소자(11)가 배열되어 있어도 좋다. 또한, 발광소자(11) 사이의 피치란, 발광소자(11)의 광축 사이의 거리이다.
발광소자(11)에는, 공지의 반도체 발광소자를 이용할 수 있다. 본 실시형태에 있어서는, 발광소자(11)로서 발광 다이오드를 예시한다. 발광소자(11)는, 예를 들어, 청색광을 출사한다. 또한, 발광소자(11)로서, 백색광을 출사하는 광원을 이용해도 좋다. 또한, 복수의 발광소자(11)로서 다른 색의 광을 발하는 발광소자를 이용해도 좋다. 예를 들어, 발광 모듈(100)이, 적, 청, 록의 광을 출사하는 발광소자를 포함하고, 적, 청, 록의 광이 혼합됨으로써 백색광이 출사되어도 좋다.
발광소자(11)로서, 임의의 파장의 광을 출사하는 소자를 선택할 수 있다. 예를 들어, 청색, 녹색의 광을 출사하는 소자로서는, 질화물계 반도체(InxAlyGa1 -x-yN, 0≤X, 0≤Y, X+Y≤1) 또는 GaP를 이용한 발광소자를 이용할 수 있다. 또한, 적색의 광을 출사하는 소자로서는, GaAlAs, AlInGaP 등의 반도체를 포함하는 발광소자를 이용할 수 있다. 또한, 이들 이외의 재료로 되는 반도체 발광소자를 이용할 수도 있다. 반도체층의 재료 및 그 혼정(混晶)도에 따라 발광 파장을 여러 가지 선택할 수 있다. 이용하는 발광소자의 조성, 발광색, 크기, 개수 등은, 목적에 따라 적절히 선택하면 좋다.
(투광성 접합 부재(14))
발광소자(11)와 도광판(1) 또는 확산부 또는 파장 변환부(12)는, 투광성 접합 부재(14)에 의해 접합되어도 좋다. 본 실시형태에 있어서는, 투광성 접합 부재(14)는, 발광소자의 주 발광면(11c)과 도광판(1) 사이에 설치되어 있다.
투광성 접합 부재(14)는, 발광소자(11)로부터 출사되는 광의 60% 이상을 투과하고, 바람직하게는 90% 이상을 투과한다. 투광성 접합 부재(14)는, 발광소자(11)로부터 출사되는 광을 도광판(1)에 전파시키는 역할을 갖는다. 그 때문에, 투광성 접합 부재(14)는, 확산 부재 등을 포함하는 것은 가능하고, 확산 부재 등을 포함하지 않는 투광성의 수지 재료만으로 구성되어도 좋다.
투광성 접합 부재(14)는, 발광소자(11)의 측면(주 발광면(11c)과 전극 형성면(11d)을 잇는 면)을 피복하고 있어도 좋다. 또한, 발광소자(11)의 발광층의 측면을 피복하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 발광소자(11)의 측면 방향으로 출사된 광을 투광성 접합 부재(14) 내로 효율적으로 취출하여, 발광 모듈(100)의 발광 효율을 높일 수 있다. 투광성 접합 부재(14)가 발광소자(11)의 측면을 피복할 경우에는, 도 2b에 나타내는 바와 같이, 도광판(1)의 방향을 향해 단면도로 보았을 때 퍼지는 형상으로 형성하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 발광소자(11)의 측면 방향으로 출사된 광을 효율적으로 도광판(1)의 방향으로 취출할 수 있다.
투광성 접합 부재(14)는, 발광소자(11)가 투광성 기판을 구비하는 경우, 그 투광성 기판의 적어도 측면의 일부를 피복하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 발광층으로부터 출사되는 광 중 투광성 기판 내를 전파하여 횡 방향으로 출사되는 광을, 상방으로 취출할 수 있다. 투광성 접합 부재(14)는, 높이 방향에 있어서 투광성 기판의 측면의 절반 이상을 피복하는 것이 바람직하며, 발광소자(11)의 측면과 전극 형성면(11d)이 이루는 변에 접촉하도록 형성하는 것이 보다 바람직하다.
나아가, 투광성 접합 부재(14)는, 도광판(1)의 제1 주면(1c) 측으로부터 본 평면도로 보았을 경우에 있어, 확산부 내지는 파장 변환부(12)의 외연보다 내측의 범위로 한정하여 배치되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 발광소자(11)의 광을 확산부 내지는 파장 변환부(12)에 효율적으로 입광시킬 수 있기 때문에, 발광의 휘도 얼룩이나 색 얼룩을 저감할 수 있다.
투광성 접합 부재(14)의 재료로서는, 에폭시 수지, 실리콘 수지 등의 투광성의 열경화성 수지 재료 등을 이용할 수 있다.
(봉지 부재(13))
본 실시형태의 봉지 부재(13)는, 복수의 발광소자(11)의 측면과 도광판(1)의 제2 주면(1d)과 투광성 접합 부재(14)의 측면을 봉지하고 있다. 이에 의해, 발광소자(11)와 도광판(1)을 보강할 수 있다. 또한, 이 봉지 부재(13)를 광반사성 부재로 함으로써, 발광소자(11)로부터의 발광을 도광판(1)에 효율적으로 거두어 넣을 수 있다. 또한, 봉지 부재(13)가, 발광소자(11)를 보호하는 부재와 도광판(1)의 출사면과 반대 측의 면에 설치되는 반사 부재를 겸함으로써, 발광 모듈(100)의 박형화를 도모할 수 있다.
또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 파장 변환부(12)가 도광판(1)의 제2 주면 상에 설치되고, 그 파장 변환부(12)의 측면 등의 면이 도광판(1)으로부터 노출되고 있는 경우에는, 그 노출된 부분도 피복하는 것이 바람직하다.
봉지 부재(13)는, 광반사성 부재인 것이 바람직하다.
광반사성 부재인 봉지 부재(13)는, 발광소자(11)로부터 출사되는 광에 대해서 60% 이상의 반사율을 갖고, 바람직하게는 90% 이상의 반사율을 가진다.
광반사성 부재의 봉지 부재(13)의 재료는, 백색의 안료 등을 함유시킨 수지인 것이 바람직하다. 특히, 산화티탄을 함유시킨 실리콘 수지가 바람직하다. 이에 의해, 도광판(1)의 한 면을 피복하기 위해 비교적 대량으로 이용되는 재료로서 산화티탄과 같은 염가의 원재료를 많이 이용함으로써, 발광 모듈(100)을 염가로 할 수 있다.
(배선(15))
발광 모듈(100)에는, 복수의 발광소자(11)의 전극(11b)과 전기적으로 접속되는 배선(15)이 설치되고 있어도 좋다. 배선(15)은, 봉지 부재(13) 등의 도광판(1)과 반대 측의 면에 형성할 수 있다. 배선(15)을 설치함으로써, 예를 들어 복수의 발광소자(11)끼리를 전기적으로 접속할 수 있어, 액정 디스플레이 장치(1000)의 로컬 디밍 등에 필요한 회로를 용이하게 형성할 수 있다.
배선(15)은, 예를 들어, 도 3g~도 3h에 나타내는 바와 같이, 발광소자(11)의 정부(正負)의 전극(11b)을 봉지 부재(13)의 표면에 노출시키고, 발광소자(11)의 전극(11b) 및 봉지 부재(13)의 표면의 대략 전면(全面)에 금속막(15a)을 형성하고, 당해 금속막(15a)을 레이저 등으로 일부 제거하여 패터닝함으로써, 배선(15)을 형성할 수 있다.
(배선 기판(20))
본 개시의 발광 모듈(100)은, 도 3i에 나타내는 바와 같이, 배선 기판(20)을 가지고 있어도 좋다. 이에 의해, 로컬 디밍 등에 필요한 복잡한 배선을 용이하게 형성할 수 있다. 이 배선 기판(20)은, 발광소자(11)를 도광판(1)에 실장하고, 임의로 봉지 부재(13) 및 배선(15)을 형성한 후에, 별도 배선층(20b)을 구비하는 배선 기판(20)을 발광소자의 전극(11b) 내지 배선(15)과 접합함으로써 형성할 수 있다. 또한, 발광소자(11)와 접속하는 배선(15)을 설치할 때, 당해 배선(15)을 발광소자(11)의 전극(11b)의 평면 형상보다 큰 형상으로 함으로써, 이 배선 기판(20)과 발광소자(11) 등과의 전기적인 접합을 용이하게 행할 수 있다.
배선 기판(20)은, 절연성의 기재(20a)와, 복수의 발광소자(11)와 전기적으로 접속되는 배선층(20b) 등을 구비하는 기판이다. 배선 기판(20)은, 예를 들어, 절연성의 기재(20a)에 설치된 복수의 비어 홀 내에 충전된 도전성 부재(20c)와, 기재(20a)의 양면 측에 있어 도전성 부재(20c)와 전기적으로 접속된 배선층(20b)이 형성되어 있다.
배선 기판(20)의 재료로서는, 어떠한 것이라도 좋다. 예를 들어, 세라믹스 및 수지를 이용할 수 있다. 저비용 및 성형 용이성의 관점에서, 수지를 기재(20a)의 재료로서 선택해도 좋다. 수지로서는, 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, BT 레진, 폴리프탈아미드(PPA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 불포화 폴리에스테르, 글라스 에폭시 등의 복합 재료 등을 들 수 있다. 또한, 리지드 기판이어도 되고, 플렉시블 기판이어도 좋다. 본 실시형태의 발광 모듈(100)에 있어서는, 발광소자와 도광판과의 위치 관계가 미리 정해져 있기 때문에, 배선 기판(20)의 재료로서는, 열 등으로 휨이 발생하거나, 늘어나거나 하는 것 같은 재료를 기재(20a)에 이용할 경우라도, 발광소자(11)와 도광판(1)과의 위치 어긋남의 문제가 발생하기 어렵기 때문에, 글라스 에폭시 등의 염가의 재료나 두께가 얇은 기판을 적절히 이용할 수 있다.
배선층(20b)은, 예를 들어, 기재(20a) 상에 설치된 도전박(도체층)으로서, 복수의 발광소자(11)와 전기적으로 접속된다. 배선층(20b)의 재료는, 높은 열전도성을 갖고 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 재료로서, 예를 들어 구리 등의 도전 재료를 들 수 있다. 또한, 배선층(20b)은, 도금이나 도전성 페이스트의 도포, 인쇄 등으로 형성할 수 있으며, 배선층(20b)의 두께는, 예를 들어, 5~50㎛ 정도이다.
배선 기판(20)은, 어떠한 방법으로 도광판(1) 등과 접합되어 있더라도 좋다. 예를 들어, 시트 형상의 접착 시트를, 도광판(1)의 반대 측에 설치된 봉지 부재(13)의 표면과, 배선 기판(20)의 표면과의 사이에 배치하고, 압착함으로써, 접합할 수 있다. 또한, 배선 기판(20)의 배선층(20b)과 발광소자(11)와의 전기적 접속은 어떠한 방법으로 행해지더라도 좋다. 예를 들어, 비어 홀 내에 매설된 금속인 도전성 부재(20c)를 가압과 가열에 의해 용융시켜 배선(15)과 접합할 수 있다.
또한, 배선 기판(20)은, 적층 구조를 가지고 있어도 좋다. 예를 들어, 배선 기판(20)으로서, 표면에 절연층이 설치된 금속판을 이용해도 된다. 또한, 배선 기판(20)은 복수의 TFT(Thin-Film Transistor)를 가지는 TFT 기판이어도 좋다.
도 3에 본 실시형태의 발광 모듈의 제조 방법의 일례를 나타낸다.
우선, 도 3a에 나타내는 바와 같이, 도광판(1)을 준비한다. 재료로서는 예를 들어 폴리카보네이트를 이용하고, 제1 주면에 역원뿔 형상의 오목부인 광학 기능부(1a)를 구비시키고, 제2 주면에 개구부가 대략 사각형인 오목부(1b)를 구비시킨다.
다음으로, 도광판(1)의 제2 주면 측에 형광체와 실리콘 수지가 혼합된 파장 변환 재료를 도포하고, 스퀴지로 복수의 오목부(1b) 내에 충전한다. 오목부(1b) 내에 들어가지 않았던 여분의 파장 변환 재료는 제거한다. 그리고, 파장 변환 재료를 경화시켜, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 복수의 이간한 파장 변환부(12)를 형성한다.
다음으로, 도 3c에 나타내는 바와 같이, 각각의 파장 변환부(12) 위에 투광성 접합 부재의 재료(14a)인 액상의 실리콘 수지를 각각 도포한다.
다음으로, 도 3d에 나타내는 바와 같이, 각각의 투광성 접합 부재의 재료(14a) 위에 투광성의 사파이어 기판을 구비한 발광소자(11)를 배치한다. 이때, 사파이어 기판 측의 면인 주 발광면(11c)이 도광판(1) 측을 향하고, 한 쌍의 전극(11b)이 설치된 측의 전극 형성면(11d)이 도광판(1)과 반대 측을 향하도록 배치한다. 또한, 발광소자(11)의, 특히 사파이어 기판의 측면에 투광성 접합 부재의 재료(14a)가 배치된다. 그리고, 투광성 접합 부재의 재료(14a)를 경화시켜, 발광소자(11)와 도광판(1)을 접합하고, 실장한다.
다음으로, 도 3e에 나타내는 바와 같이, 도광판(1)의 제2 주면(1d)과 복수의 발광소자(11)와 복수의 투광성 접합 부재(14)를 매설하도록, 봉지 부재의 재료(13a)를 형성한다. 봉지 부재의 재료(13a)는, 산화티탄과 실리콘 수지가 혼합된 광반사성 부재이다. 봉지 부재의 재료(13a)는, 예를 들어 트랜스퍼 몰드, 포팅(potting), 인쇄, 스프레이 등의 방법으로 형성한다. 이 때, 발광소자(11)의 전극(11b)의 상면(도광판(1)과 반대 측의 면)을 완전하게 피복하도록 봉지 부재의 재료(13a)를 두껍게 형성한다. 다음으로, 도 3f에 나타내는 바와 같이, 봉지 부재의 재료(13a)의 일부를 연삭하여, 발광소자의 전극을 노출시키고, 봉지 부재(13)를 형성한다.
다음으로, 도 3g에 나타내는 바와 같이, 발광소자(11)의 전극(11b)과 봉지 부재(13) 상의 대략 전면에, 도광판(1) 측으로부터 Cu/Ni/Au의 금속막(15a)을 스퍼터 등으로 형성한다.
다음으로, 도 3h에 나타내는 바와 같이, 금속막(15a)을 레이저 어브레이션에 의해 패터닝하여, 배선(15)을 형성한다.
다음으로, 도 3i에 나타내는 바와 같이, 이 배선(15)과 별도 준비한 배선 기판(20)의 배선층(20b)과 접착 시트를 사이에 개재시켜 압착하여 접합한다. 이 때, 배선층(20b)의 일부(예를 들어 비어) 내에 충전된 도전성 재료를 가압과 가열에 의해 일부 용해시킴으로써, 배선(15)과 배선층(20b)을 전기적으로 접속한다.
이와 같이 하여, 본 실시형태의 발광 모듈(100)을 얻을 수 있다.
복수의 발광소자(11)는, 각각이 독립으로 구동하도록 배선되어도 좋다. 또한, 도광판(1)을 복수의 범위로 분할하고, 하나의 범위 내에 실장된 복수의 발광소자(11)를 하나의 그룹으로 하고, 당해 하나의 그룹 내의 복수의 발광소자(11)끼리를 직렬 또는 병렬로 전기적으로 접속함으로써 같은 회로에 접속하고, 이와 같은 발광소자 그룹을 복수 구비하도록 해도 좋다. 이와 같은 그룹 나누기를 행함으로써, 로컬 디밍 가능한 발광 모듈로 할 수 있다.
이와 같은 발광소자 그룹의 예를 도 5a 및 도 5b에 나타낸다. 이 예에서는, 도 5a에 나타내는 바와 같이, 도광판(1)을 4열×4행의 16개의 영역 R로 분할하고 있다. 이 하나의 영역 R에는, 각각 4열×4행으로 배열된 16개의 발광소자가 구비되어 있다. 이 16개의 발광소자는 예를 들어, 도 5b에 나타내는 바와 같은 4 병렬 4 직렬의 회로로 짜여져 전기적으로 접속되어 있다.
본 실시형태의 발광 모듈(100)은, 1개가 하나의 액정 디스플레이 장치(1000)의 백라이트로서 이용되어도 좋다. 또한, 복수의 발광 모듈(100)이 배열되어 하나의 액정 디스플레이 장치(1000)의 백라이트로서 이용되어도 좋다. 작은 발광 모듈(100)을 복수 만들고, 각각 검사 등을 행함으로써, 크게 실장되는 발광소자(11)의 수가 많은 발광 모듈(100)을 작성하는 경우와 비교하여, 제품 수율을 향상시킬 수 있다.
1개의 발광 모듈(100)은 1개의 배선 기판(20)에 접합되어도 좋다. 또한, 복수의 발광 모듈(100)이, 1개의 배선 기판(20)에 접합되어도 좋다. 이에 의해, 외부와의 전기적인 접속 단자(예를 들어 커넥터(20e))를 집약할 수 있기 때문에(즉, 발광 모듈 1개마다 준비할 필요가 없기 때문에), 액정 디스플레이 장치(1000)의 구조를 간이하게 할 수 있다.
또한, 이 복수의 발광 모듈(100)이 접합된 1개의 배선 기판(20)을 복수 배열하여 하나의 액정 디스플레이 장치(1000)의 백라이트로 하여도 좋다. 이때, 예를 들어, 복수의 배선 기판(20)을 프레임 등에 재치하고, 각각 커넥터(20e) 등을 이용하여 외부의 전원과 접속할 수 있다.
이와 같은 복수의 발광 모듈(100)을 구비하는 액정 디스플레이 장치의 예를 도 6에 나타낸다.
이 예에서는, 2개의 발광 모듈(100)이 접합된, 커넥터(20e)를 구비하는 배선 기판(20)이 4개 구비되어, 프레임(30)에 재치되어 있다. 즉, 8개의 발광 모듈(100)이 2행×4열로 배열되어 있다. 이와 같이 함으로써, 대면적의 액정 디스플레이 장치의 백라이트를 염가로 제조할 수 있다.
또한, 도광판(1) 상에는, 확산 등의 기능을 가지는 투광성의 부재를 더 적층해도 좋다. 이 경우, 광학 기능부(1a)가 우묵하게 들어간 부분일 경우에는, 우묵하게 들어간 부분의 개구(즉, 도광판(1)의 제1 주면(1c)에 가까운 부분)를 막지만, 우묵하게 들어간 부분을 매립하지 않도록, 투광성 부재를 설치하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 광학 기능부(1a)의 우묵하게 들어간 부분 내에 공기의 층을 설치할 수 있어, 발광소자(11)로부터의 광을 양호하게 퍼뜨릴 수 있다.
1-1. 실시형태 1의 변형예 1
도 7a는, 변형예 1에 관한 발광 모듈(200)의 확대 단면도이다. 도 7b는, 발광 모듈(200)에 이용되는 도광판(2)의 상면도, 종단면도, 하면도, 횡단면도를 각각 나타낸다. 변형예 1에서는, 제1 주면(2c)에 설치되는 광학 기능부(2a)가 원뿔 형상이며, 그 개구경 W12이 파장 변환부(12)의 폭 W12보다 크다. 이와 같이, 광학 기능부(2a)의 개구경을 크게 함으로써, 횡방향으로 광을 확산시키기 쉽게 할 수 있어, 휘도 얼룩을 저감한 발광 모듈로 할 수 있다.
1-2. 실시형태 1의 변형예 2
도 8a는, 변형예 2에 관한 발광 모듈(300)의 확대 단면도이다. 도 8b는, 발광 모듈(300)에 이용되는 도광판(3)의 상면도, 종단면도, 하면도, 횡단면도를 각각 나타낸다. 변형예 2에서는, 제1 주면(3c)에 설치되는 광학 기능부(3a)는 원뿔 형상으로서, 그 측면이 곡면이다. 상세하게는, 측면은 중심을 향해 볼록한 형상으로 되는 곡면이다. 이와 같은 형상으로 함으로써, 횡방향으로 광을 확산시키기 쉽게 할 수 있다. 측면의 곡률 반경 R은, 예를 들어, 도광판의 두께의 절반 정도로 할 수 있으며, 구체적으로는 0.4㎜~0.5㎜로 할 수 있다.
1-3. 실시형태 1의 변형예 3
도 8c는, 변형예 3에 관한 도광판(31)의 상면도, 종단면도, 하면도, 횡단면도를 각각 나타낸다. 도 8d는, 광학 기능부(31a)를 확대한 사시도이다. 변형예 3에서는, 도광판(31)의 제2 주면(3d)은, 변형예 2 등과 같이 오목부(3b)를 구비하고 있다. 제1 주면(31c)의 광학 기능부(31a)는, 측면이 나선형인 홈부를 구비하고 있다. 도 8d에 나타내는 바와 같이, 홈이 소용돌이치도록 형성되어 있다. 이에 의해, 발광소자로부터의 광을 보다 균일하게 횡방향으로 확산시킬 수 있다.
2. 실시형태 2
도 9a는, 실시형태 2에 관한 발광 모듈(400)의 확대 단면도이다. 도 9b는, 발광 모듈(400)에 이용되는 도광판(4)의 상면도, 종단면도, 하면도, 횡단면도를 각각 나타낸다.
실시형태 2에 관한 발광 모듈(400)은, 도 2a, 2b 등에 나타내는 발광 모듈과는 도광판(4)의 제1 주면(4c) 측의 형상이 다르다. 다른 부재에 대해서는 실시형태 1에 나타내는 발광 모듈과 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다.
실시형태 2에 관한 발광 모듈(400)에 있어서, 광학 기능부(4a)는, 도광판(4)의 제1 주면(4c)에 있어서, 중앙 오목부(4aa)와, 그 중앙 오목부(4aa)를 둘러싸는 환 형상 볼록부(4ab)를 구비한다.
중앙 오목부(4aa)는, 평면도로 보았을 때에 환 형상 볼록부(4ab)의 중심에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 중앙 오목부(4aa)의 중심은, 평면도로 보았을 때에 광학 기능부(4a)의 중심과 일치하도록 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 광학 기능부(4a)의 중심, 및, 중앙 오목부(4aa)가, 발광소자(11)의 중심과 일치하도록 배치되는 것이 바람직하다.
광학 기능부(4a)의 폭 및 깊이, 중앙 오목부(4aa)의 폭 및 깊이, 환 형상 볼록부(4ab)의 폭 및 깊이는, 이용하는 발광소자(11)의 크기, 형상, 배광 특성 등에 따라 적절히 변경할 수 있다. 또한, 목적으로 하는 배광 특성이나, 제2 주면 측의 오목부의 크기, 깊이, 형상 등에 따라서도 적절히 변경할 수 있다.
중앙 오목부(4aa)는, 반구체 형상, 반타원체 형상, 원뿔 형상, 회전 포물체 등에 움푹 팬 형상으로 할 수 있다. 또한, 원뿔의 정부(頂部)를 곡면으로 한 형상으로 움푹 팬 형상으로 하여도 좋다.
예를 들어, 중앙 오목부(4aa)의 폭(단면도로 보았을 때 2개의 환 형상 볼록부(4ab)의 정부(頂部)간의 거리)은, 발광소자(11)의 폭의 50%~150% 정도로 할 수 있고, 바람직하게는 80%~120%이다. 또한, 중앙 오목부(4aa)의 깊이는, 예를 들어, 도광판(4) 두께의 1%~50% 정도로 할 수 있고, 1~10%가 보다 바람직하다. 또한, 중앙 오목부(4aa)의 최심부의 위치는, 광학 기능부(4a) 이외의 영역의 제1 주면(4c)과 동등, 또는, 높은 위치, 또는, 낮은 위치로 할 수 있다. 중앙 오목부(4aa)의 최심부는, 바람직하게는, 제1 주면(4c)보다 낮은 위치로 할 수 있다.
환 형상 볼록부(4ab)는, 단면도로 보았을 때에, 도 9a에 나타내는 바와 같이, 정부(頂部)가 곡면인 볼록한 형상으로 할 수 있다.
3. 실시형태 3
도 10a는, 실시형태 3에 관한 발광 모듈(500)의 확대 단면도이다. 도 10b는, 발광 모듈(500)에 이용되는 도광판(5)의 상면도, 종단면도, 하면도, 횡단면도를 각각 나타낸다.
실시형태 3에 관한 발광 모듈(500)은, 도 9a, 9b에 나타내는 발광 모듈의 도광판(5)의 제1 주면(5c)에, 중앙 오목부(5aa) 및 환 형상 볼록부(5ab)를 구비하는 광학 기능부(5a)와, 이에 더하여 광산란부(5e)를 구비하는 점이 다르다. 다른 부재에 대해서는 실시형태 1에 나타내는 발광 모듈과 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다.
발광 모듈(500)은, 도광판(5)의 제1 주면(5c)의 광학 기능부(5a)에 더하여, 인접하는 2개의 광학 기능부(5a) 사이의 제1 주면(5c)의 일부에, 광산란부(5e)를 구비한다.
광산란부(5e)는, 1개 또는 2 이상의 복수의 오목부 또는 볼록부 등에 의해, 광을 산란시키는 기능을 구비한다. 광산란부(5e)는, 도광판의 제1 주면에 있어서, 인접하는 발광소자(11)의 중간 영역에 상당하는 위치에 배치되어 있다. 이 영역은, 가장 광이 닿기 어려운 영역으로서, 면 발광시켰을 때에 어두워지기 쉬운 영역이다. 이와 같은 영역에 광산란부(5e)를 배치함으로써, 발광소자(11)로부터의 광을 정밀도 높게 균일화시켜, 휘도 얼룩이나 색 얼룩이 적은 양질의 백라이트용 광원으로 할 수 있다. 도 10b에서는, 광산란부(5e)는, 광학 기능부(5a)를 둘러싸는 동심원 형상으로 형성되고 있다.
4. 실시형태 4
도 11a는, 실시형태 4에 관한 발광 모듈(600)의 확대 단면도이다. 도 11b는, 발광 모듈(600)에 이용되는 도광판(6)의 상면도, 종단면도, 하면도, 횡단면도를 각각 나타낸다.
실시형태 4에 관한 발광 모듈(600)의 도광판(6)은, 제2 주면(6d)에 광반사 오목부(6f)를 구비한다. 광반사 오목부(6f)는, 발광소자(11) 측을 향하고 있고, 발광소자(11)로부터의 광을 반사시키는 광반사면(6fa)을 구비한다. 광반사면(6fa)은 곡면으로서, 2개의 오목부(6b)의 대략 중심에 있어 가장 깊게 되어 있다. 실시형태 4에서는, 오목부(6b) 이외의 제2 주면의 대략 전역이 곡면으로 되어 있는 예를 나타내고 있으며, 이에 의해, 발광소자(11)로부터의 광을 효율적으로 반사시킬 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 평탄한 면을 가지고 있어도 상관없다. 도 6a에서는, 광반사 오목부(6f)의 깊이는, 오목부(6b)보다도 깊은 예를 도시하고 있다. 이에 의해, 발광소자(11)로부터의 광을 효율적으로 반사시킬 수 있어, 균일한 면 발광으로 할 수 있다.
5. 실시형태 5
도 12a는, 실시형태 5에 관한 발광 모듈(700)의 확대 단면도이다. 도 12b는, 도 12a의 파선으로 둘러싸인 영역의 도광판(7)을 확대한 도면이다. 도 12c는, 도광판(7)의 상면도, 종단면도, 하면도, 횡단면도를 각각 나타낸다.
실시형태 5에 관한 발광 모듈(700)의 도광판(7)은, 1개의 발광소자(11)에 대해 1개의 광학 기능부(7a)를 구비하고 있고, 광반사 오목부(7f)가, 1개의 발광소자(11)에 대해 복수 구비되어 있다. 광반사 오목부(7f)는, 발광소자(11) 측을 향해 있고, 발광소자(11)로부터의 광을 반사시키는 광반사면을 구비한다. 도광판(7)으로서, 여기서는 제1~제4의 4개의 광반사 오목부를 구비하는 예를 나타내고 있다. 광반사 오목부의 수는, 이에 한정되지 않고 2 이상의 복수 개를 구비할 수 있다. 각 광반사 오목부(7f) 내에는, 봉지 부재(13b)가 배치된다.
도 12c에 나타내는 바와 같이, 도광판(7)의 2개의 오목부(7b)의 대략 중심에, 제2 주면(7d)으로부터의 깊이가 가장 깊은 제1 광반사 오목부(7f1)를 구비한다. 제1 광반사 오목부(7f1)는, 상면도로 보았을 때 오목부(7b)를 둘러싸도록 사각 환 형상으로 설치되어 있다. 이 제1 광반사 오목부(7f1)의 내측에, 제2 광반사 오목부(7f2)가 배치된다. 또한 그 내측에 제3 광반사 오목부(7f3)가 배치된다. 또한 그 내측으로서, 발광소자(11)에 가장 가까운 위치에 제4 광반사 오목부(7f4)가 배치되어 있다. 제1~제4 광반사 오목부는, 각각, 발광소자(11) 측을 향한 광반사면(7f1a, 7f2a, 7f3a, 7f4a)을 구비하고 있고, 이들 광반사면에 의해 발광소자(11)로부터의 광은 도광판(7)의 제1 주면(7c) 측을 향해 반사된다. 제1 광반사 오목부(7f1)는, 그를 사이에 끼우는 위치에 배치되는 2개의 발광소자(11)로부터의 광을 반사하기 위해, 2개의 광반사면(7f1a)을 구비한다. 제2~제4 광반사 오목부는, 발광소자(11)로부터 먼 측에 배치되는 광반사 보조면(7f2b, 7f3b, 7f4b)을 구비한다. 이들 광반사 보조면은, 대향하는 위치에 배치되는 광반사면에 의해 반사된 광을 반사하는 것이 가능한 면이다.
발광소자(11)로부터 가장 떨어진 위치에 배치되는 광반사 오목부(7f1)는, 그 내측의 제2 광반사 오목부(7f2)보다 깊이가 깊다. 이에 의해, 발광소자(11)로부터의 광 중, 제2~제4 광반사 오목부의 광반사면에 차단되지 않은 광을 반사할 수 있다. 이와 같이, 발광소자(11)에 가까운 측에 배치되는 광반사 오목부일수록, 깊이를 얕게 함으로써, 각 광반사 오목부의 광반사면을 유효하게 이용할 수 있다. 제1 광반사 오목부(71f)의 깊이는, 오목부(7b)의 깊이보다도 깊은 것이 바람직하다. 이에 의해, 발광소자(11)로부터의 광을 양호한 효율로 반사하여, 균일한 면 발광으로 할 수 있다.
각 광반사 오목부의 광반사면의 각도는, 목적이나 용도, 나아가 발광소자의 배광 특성이나 도광판의 두께 등, 여러 가지 요인에 따라 설계할 수 있다. 일례로서, 두께가 1.1㎜의 폴리카보네이트제의 도광판을 이용하는 예를 나타낸다. 오목부(7b)는 상면도로 보았을 때 0.5㎜×0.5㎜의 정방형으로서, 깊이가 0.1㎜이다. 오목부(7b)와 오목부(7b)와의 거리는 0.8㎜이다.
제1 광반사 오목부(7f1)는 깊이 0.80㎜이며, 광반사면(7f1a)은, 제2 주면(7d)에 대해 16도 경사져 있다. 제2 광반사 오목부(7f2)는 깊이 0.50㎜이며, 광반사면(7f2a)은, 제2 주면(7d)에 대해 32도 경사져 있다. 제3 광반사 오목부(7f3)는 깊이 0.31㎜이며, 광반사면(7f3a)은 제2 주면(7d)에 대해 45도 경사져 있다. 제4 광반사 오목부(7f4)는 깊이 0.15㎜이며, 광반사면(7f4a)은 제2 주면(7d)에 대해 58도 경사져 있다.
5-1. 실시형태 5의 변형예
도 13에 나타내는 도광판(8)은, 도 12c에 나타내는 도광판(7)의 변형예이다. 여기서는, 하나의 광학 기능부(8a)를 포함하는 부분을 나타낸다. 광학 기능부(8a)는, 개구부가 사각형인 사각뿔체의 오목한 형상인 점에 있어, 광학 기능부(7a)와 마찬가지이다. 또한, 개구부의 사각형의 각부와, 발광소자를 포함한 광원부의 각부가, 광축에 대해 45도 어긋난 위치에 배치되어 있는 점에 있어서도 마찬가지이다. 그리고, 광학 기능부(7a)의 측면이, 단면도로 보았을 때에 원호 형상의 곡면인데 대해, 광학 기능부(8a)는, 그 측면이 단면도로 보았을 때에 단순한 원호 형상이 아니라, 복수의 곡률의 원호 형상 또는 타원 호 형상을 조합한 복합적인 곡면(8g)이다.
예를 들어, 도 8b에 나타내는 바와 같이, 광학 기능부(8a)의 곡면(8g)은, 광축 c에 가까운 위치에, 곡률 반경이 R1인 제1 곡면(8ga)이 배치되고, 그 외측, 즉, 광축 c으로부터의 거리가, 제1 곡면(8ga)보다 먼 위치에, 곡률 반경이 R1보다 큰 R2인 제2 곡면(8gb)이 배치되어 있다. 이와 같이, 광축 c으로부터 멀어짐에 따라 곡률 반경이 큰 원호 형상의 곡면을, 연속적으로 배치시킨 복합적인 곡면으로 함으로써, 발광소자로부터의 광을, 보다 균일하게 면상으로 반사시킬 수 있다. 또한, 곡면의 수는, 2 이상인 것이 바람직하다. 예를 들어, R1은 0.6㎜, R2는 1.1㎜ 등으로 할 수 있다.
제1 주면(8c)에 있어서, 광학 기능부(8a)의 개구부의 최대폭은, 발광소자 사이의 거리와 동일한 폭이며, 바람직하게는, 발광소자 사이의 거리의 40%~80% 정도이다.
또한, 도 13a, 도 13b에 나타내는 바와 같이, 제2 주면(8b) 측에 광반사면(8fa, 8fb)은, 가장 광원 c에 가까운 광반사면(8fa)의 최심부가, 광학 기능부(8a)의 최심부(광축 상에 배치되는 부분)보다, 제1 주면(8c)에 가까운 위치로 되어 있다. 이에 의해, 발광소자로부터의 광을, 광반사면(8fa)에서 반사하기 쉽다. 또한, 도 12b에서는, 광반사면의 높이(광반사 오목부의 깊이)는, 서서히 변화하고 있는 예를 나타내고 있지만, 도 13b에 나타내는 바와 같이, 가장 광축에 가까운 반사면(8fa)과, 그보다 외측에 배치되는 광반사면(8fb)의 높이를, 같게 하여도 좋다.
본 개시에 관한 발광 모듈은, 예를 들어, 액정 디스플레이 장치의 백라이트로서 이용할 수 있다.
1000: 액정 디스플레이 장치
100, 101, 200, 300, 400, 500, 600, 700: 발광 모듈
110a: 렌즈 시트
110b: 렌즈 시트
110c: 확산 시트
120: 액정 패널
1, 2, 3, 31, 4, 5, 6, 7, 8: 도광판
1a, 2a, 3a, 31a, 4a, 5a, 6a, 7a, 8a: 광학 기능부
1b, 2b, 3b, 4b, 5b, 6b, 7b, 8b: 오목부
1c, 2c, 3c, 31c, 4c, 5c, 6c, 7c, 8c: 도광판의 제1 주면
1d, 2d, 3d, 4d, 5d, 6d, 7d, 8d: 도광판의 제2 주면
4aa: 중앙 오목부
4ab: 환 형상 볼록부
5e: 광산란부
6f, 7f: 광반사 오목부(7f1: 제1 광반사 오목부, 7f2: 제2 광반사 오목부, 7f3: 제3 광반사 오목부, 7f4: 제4 광반사 오목부)
6fa, 7f1a, 7f2a, 7f3a, 7f4a, 8fa, 8fb: 광반사면
7f1b, 7f2b, 7f3b, 7f4b: 광반사 보조면
8g: 곡면(8ga: 제1 곡면, 8gb: 제2 곡면)
11: 발광소자
11b: 발광소자의 전극
11c: 발광소자의 제1 주면
11d: 발광소자의 제2 주면
12: 파장 변환부(위치결정부)
13, 13b: 봉지 부재
13a: 봉지 부재의 재료
14: 투광성 접합 부재
14a: 투광성 접합 부재의 재료
15: 배선
20: 배선 기판
20a: 배선 기판의 기재
20b: 배선 기판의 배선층
20c: 배선 기판의 도전성 부재
20e: 커넥터
30: 프레임

Claims (17)

  1. 광학 기능부를 복수 구비하고 발광면이 되는 제1 주면과, 상기 제1 주면의 반대측으로서 오목부를 구비하는 제2 주면을 구비하는 도광판과,
    상기 오목부 내에 배치되는 광확산부 또는 파장 변환부와,
    상기 광확산부 또는 파장 변환부와 접합되는 발광소자를 구비하고,
    상기 제2 주면은, 상기 발광소자 측을 향한 광반사면을 구비하는 광반사 오목부를 포함하고, 상기 도광판의 상기 제2 주면은 광반사성의 봉지 부재로 봉지되어 있는, 발광 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광반사 오목부는, 2개의 상기 오목부의 중심에 있어 가장 깊게 되는 상기 광반사면을 갖는, 발광 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광반사면은 단면에서 보았을 때 측면이 곡면인, 발광 모듈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광반사 오목부의 깊이는 상기 오목부의 깊이보다 깊은, 발광 모듈.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광반사 오목부는, 상기 제2 주면 중 상기 오목부 이외의 전역에 있어서 곡면으로 되도록 구성되는, 발광 모듈.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 주면은 평탄한 면을 갖는, 발광 모듈.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광반사 오목부는, 1개의 상기 발광소자에 대하여 2개 이상의 복수개 구비되는, 발광 모듈.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 봉지 부재는, 상기 발광소자로부터 출사되는 광에 대한 반사율이 60% 이상인, 발광 모듈.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 봉지 부재는 산화티탄을 함유시킨 실리콘 수지인, 발광 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광소자는, 투광성 접합 부재를 통해 상기 광확산부 또는 상기 파장 변환부와 접합되어 있는, 발광 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 투광성 접합 부재는 상기 발광소자의 측면을 피복하는, 발광 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 봉지 부재는 상기 투광성 접합 부재의 측면을 피복하는, 발광 모듈.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투광성 접합 부재는 단면에서 보았을 때 상기 도광판을 향해 퍼지는 형상인, 발광 모듈.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광소자는 청색광을 출사하는, 발광 모듈.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광소자는 백색광을 출사하는 광원인, 발광 모듈.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 봉지 부재는, 상기 도광판과 반대측의 면에 배선을 구비하는, 발광 모듈.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 발광 모듈은 상기 배선에 접속되는 배선 기판을 구비하는, 발광 모듈.
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